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java安全编码指南之:Thread API调用规则

简介

java中多线程的开发中少不了使用Thread,我们在使用Thread中提供的API过程中,应该注意些什么规则呢?

一起来看一看吧。

start一个Thread

Thread中有两个方法,一个是start方法,一个是run方法,两个都可以调用,那么两个有什么区别呢?

先看一下start方法:

public synchronized void start() {

        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();
        group.add(this);
        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
            }
        }
    }

    private native void start0();

start()是一个synchronized的方法,通过它会去调用native的start0方法,而最终将会调用Thread的run()方法。

我们知道,创建一个Thread有两种方式,一种是传入一个Runnable,一个是继承Thread,并重写run()方法。

如果我们直接调用Thread的run()方法会发生什么事情呢?

先看一下run方法的定义:

    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

默认情况下, 这个target就是一个Runnable对象,如果Thread是通过Runnable来构建的话,调用Thread.run()会在当前线程中运行run方法中的内容。

如果Thread是以其形式构建,并且没有重新run()方法,那么直接调用Thread.run()将什么都不会做。

    public void wrongStart(){
        Runnable runnable= ()-> System.out.println("in thread running!");
        Thread thread= new Thread(runnable);
        thread.run();
    }

    public void correctStart(){
        Runnable runnable= ()-> System.out.println("in thread running!");
        Thread thread= new Thread(runnable);
        thread.start();
    }

所以,上面两种调用方式,只有第二种是正确的。

不要使用ThreadGroup

Thread中有个字段类型是java.lang.ThreadGroup,这个主要是用来给Thread进行分组,我们看下Thread的这个构造函数:

 public Thread(ThreadGroup group, Runnable target) {
        this(group, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }

上面的构造函数可以在传入runnable的同时传递一个ThreadGroup对Thread进行分组。

如果没有指定ThreadGroup,那么将会为其分配一个默认的default group。

ThreadGroup是做什么的呢?ThreadGroup是java 1.0引入的方法,主要是一次性的对一组thread进行操作。我们可以调用ThreadGroup.interrupt()来一次性的对整个Group的Thread进行interrupts操作。

虽然ThreadGroup提供了很多有用的方法,但是其中很多方法都被废弃了,比如:allowThreadSuspension(), resume(), stop(), 和 suspend(),并且ThreadGroup中还有很多方法是非线程安全的:

  • ThreadGroup.activeCount()

这个方法主要是用来统计一个ThreadGroup中活动的线程个数,这个方法会统计还未启动的线程,同时也会受系统线程的影响,所以是不准确的。

  • ThreadGroup.enumerate()

这个方法是将ThreadGroup和子group的线程拷贝到一个数组中,但是如果数组太小了,多余的线程是会被自动忽略的。

ThreadGroup本身有一个 stop() 方法用来停止所有的线程,但是stop是不安全的,已经被废弃了。

那么我们该怎么去安全的停止很多个线程呢?

使用executor.shutdown()就可以了。

不要使用stop()方法

刚刚讲了ThreadGroup中不要调用stop()方法,因为stop是不安全的。

调用stop方法会立马释放线程持有的所有的锁,并且会抛出ThreadDeath异常。

因为会释放所有的锁,所以可能会造成受这些锁保护的对象的状态发生不一致的情况。

替代的方法有两种,一种是使用volatile flag变量,来控制线程的循环执行:

    private volatile boolean done = false;

    public void shutDown(){
        this.done= true;
    }

    public void stopWithFlag(){

        Runnable runnable= ()->{
            while(!done){
                System.out.println("in Runnable");
            }
        };

        Thread thread= new Thread(runnable);
        thread.start();
        shutDown();
    }

另外一种方法就是调用interrupt(), 这里我们要注意interrupt()的使用要点:

  1. 如果当前线程实例在调用Object类的wait(),wait(long)或wait(long,int)方法或join(),join(long),join(long,int)方法,或者在该实例中调用了Thread.sleep(long)或Thread.sleep(long,int)方法,并且正在阻塞状态中时,则其中断状态将被清除,并将收到InterruptedException。
  2. 如果此线程在InterruptibleChannel上的I/O操作中处于被阻塞状态,则该channel将被关闭,该线程的中断状态将被设置为true,并且该线程将收到java.nio.channels.ClosedByInterruptException异常。
  3. 如果此线程在java.nio.channels.Selector中处于被被阻塞状态,则将设置该线程的中断状态为true,并且它将立即从select操作中返回。
  4. 如果上面的情况都不成立,则设置中断状态为true。

先看下面的例子:

    public static void main(String[] args)  {
        Runnable runnable= ()->{
            while (!Thread.interrupted()) {
             System.out.println("in thread");
            }
        };
        Thread thread= new Thread(runnable);
        thread.start();
        Thread.sleep(5000);
        thread.interrupt();
    }

我们在while循环中调用了Thread.interrupted()方法用来判断线程是否被设置了中断位,然后在main方法中调用了thread.interrupt()来设置中断,最终可以正确的停止Thread。

注意,这里运行的Thread并没有被阻塞,所以并不满足我们上面提到的第一个条件。

下面我们再看一个例子:

    public static void main(String[] args)  {
        Runnable runnable= ()->{
            while (!Thread.interrupted()) {
             System.out.println("in thread");
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        Thread thread= new Thread(runnable);
        thread.start();
        thread.interrupt();
    }

这个例子和上面的例子不同之处就是在于,Thread中调用了sleep方法,导致Thread被阻塞了,最终满足了第一个条件,从而不会设置终端位,只会抛出InterruptedException,所以这个例子中线程是不会被停止的,大家一定要注意。

wait 和 await 需要放在循环中调用

为什么要放在循环中呢?因为我们希望wait不是被错误的被唤醒,所以我们需要在wait被唤醒之后,重新检测一遍条件。

错误的调用是放在if语句中:

synchronized (object) {
  if (<condition does not hold>) {
    object.wait();
  }
  // Proceed when condition holds
}

正确的方法是放在while循环中:

synchronized (object) {
  while (<condition does not hold>) {
    object.wait();
  }
  // Proceed when condition holds
}

本文分享自微信公众号 - 程序那些事(flydean-tech),作者:flydean

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原始发表时间:2020-10-19

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